單細胞RNA測序技術(shù)（scRNA-seq）揭示了單個細胞的基因表達情況，單細胞ATAC測序技術(shù)（scATAC-seq）專注于單個細胞的染色質(zhì)開放性，顯現(xiàn)了細胞內(nèi)的基因調(diào)控情況。兩種技術(shù)結(jié)合使用可以更好地推斷細胞內(nèi)部的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。但是這些數(shù)據(jù)的分析經(jīng)常要使用不同分析工具分別進行。例如，對于scRNA-seq數(shù)據(jù)一般使用Seurat包分析，而scATAC-seq數(shù)據(jù)則使用ArchR包來進行分析和軌跡推斷，對轉(zhuǎn)錄因子（transcription factors，TFs）的活性估測則由chromVAR包進行，諸如此類。這使得對單細胞基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的分析變得十分復雜和不便。

基于這些問題， scMega這樣一個整合了多種現(xiàn)有數(shù)據(jù)分析方法的多組學分析工具應(yīng)運而生。該工具包含了數(shù)據(jù)整合、細胞配對、推斷偽時間軌跡、TFs篩選、定量基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)和增強子TFs-基因互作識別。

具體而言，scMega可分為三個主要步驟：

①單細胞多組學數(shù)據(jù)整合，候選TFs和基因的識別與篩選和基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)分析。在單細胞多組學數(shù)據(jù)整合中，利用Seurat的典型相關(guān)分析（CCA）將scRNA-seq數(shù)據(jù)與scATAC-seq數(shù)據(jù)進行整合，如果存在批次效應(yīng)，再利用Harmony進行校正，使用后OptMatch將scRNA-seq與scATAC-seq的細胞進行匹配，構(gòu)建一個偽多模態(tài)數(shù)據(jù)（圖1a）。

②接下來，scMega利用該多模態(tài)數(shù)據(jù)識別候選TFs和基因。首先，使用AchR推斷偽時間軌跡（圖1b），然后根據(jù)染色質(zhì)可及性譜估計TFs的結(jié)合活性，使用chromVAR計算TFs結(jié)合活性與TFs表達之間的相關(guān)性，具有高相關(guān)性說明該TF既高表達，其模體又具有更高的可及性（圖1c）。另外，scMega還會根據(jù)基因在偽時間軌跡上的表達變化篩選出軌跡相關(guān)基因（圖1d）。

③最后，在scMega的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)分析中，當一個基因與至少一個增強子相關(guān)聯(lián)，且某個TF與這些增強子中的至少一個結(jié)合時，這個基因被認為是這個TF的靶點，其相互作用按其相關(guān)性進行加權(quán)，由此得到基于增強子的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)（圖1e）。

而在真實數(shù)據(jù)的實驗中，使用了人類外周血單核細胞的單細胞多模態(tài)數(shù)據(jù)，首先進行數(shù)據(jù)整合和細胞配對，配對結(jié)果雖然真實的細胞對只有少數(shù)被配對成功，但同一類型的細胞基本都匹配在一起。隨后分別基于真實的細胞對和計算匹配的細胞對進行基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)分析，有75%的TFs，83%的基因和60%的TF-基因調(diào)控單元重合，說明大多數(shù)真實的互作關(guān)系可以由scMega復原。

另外的，對人類心臟心肌梗塞后的纖維細胞進行分析，構(gòu)建了一條在成纖維細胞亞群內(nèi)的偽時間軌跡，并推斷了基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，識別了祖細胞和肌成纖維細胞亞群內(nèi)的TF-基因調(diào)控對，在空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)中對這些TF的靶基因進行空間表達檢測，也顯示了在心臟纖維化區(qū)域內(nèi)靶基因表達存在梯度與互斥的現(xiàn)象（圖2）。scMega對于分析結(jié)果也具有良好的可視化方法，在網(wǎng)絡(luò)圖中每個節(jié)點代表一個TF或靶基因，TF節(jié)點的顏色代表了其在偽時間上的位置，而相連接的節(jié)點為與該TF相關(guān)的靶基因，可見不同的TF在特定細胞亞群中成簇（圖3a）；在曲線圖中，可見不同TF的結(jié)合活性、表達和靶基因表達在細胞分化軌跡上的變化（圖3b）。

ScMega對于scATAC數(shù)據(jù)的分析和解讀提供了一條非�？尚星腋咝У姆治龇桨�，使得scATAC和scRNA數(shù)據(jù)的聯(lián)合分析更加簡單，如果您上手有scATAC數(shù)據(jù)而發(fā)愁，不妨一試。